新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计方案.doc

河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 1 目目 录录 目目 录录 1 一 总则一 总则 3 二 需求分析二 需求分析 3 2 1 系统需求 3 2 2 工程建设需求 3 三 设计原则及依据三 设计原则及依据 4 3 1 设计原则 4 3 2 技术标准 5 四 项目概况四 项目概况 5 4 1 地面瓦斯泵站 5 4 2 井下中央变电所 5 4 3 12 采区变电所 6 五 监控内容五 监控内容 6 5 1 瓦斯抽采监测中心 6 5 2 地面瓦斯泵站 6 5 3 井下中央变电所 7 5 4 12 采区变电所 7 六 系统结构六 系统结构 8 6 1 系统组成 8 6 2 系统结构 8 七 系统功能七 系统功能 9 7 1 硬件主要功能 9 7 2 计量监测系统实现的软件主要功能 10 八 主要设备选型八 主要设备选型 11 8 1 管道内瓦斯流量测量 11 8 1 1 流量传感器技术选型 11 8 1 2 V锥流量传感器的技术特点 12 8 1 4 V锥流量传感器与涡街传感器的比较 12 8 2 管道瓦斯浓度测量 16 8 2 1 管道瓦斯检测原理的选择 16 8 2 2 红外甲烷敏感元件的特点及选型 17 8 2 3 管道瓦斯浓度检测的技术难点 17 8 2 4 管道瓦斯浓度检测的技术途径 18 九 主要设备技术指标九 主要设备技术指标 18 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 2 9 1 瓦斯抽放显示控制柜 18 9 1 1 主要功能 19 9 1 2 主要技术指标 19 9 2 V 形锥流量计 20 9 2 1 主要特点 20 9 2 2 技术参数 21 9 3 红外管道瓦斯传感器 21 9 3 1 主要特点 21 9 3 2 主要技术参数 22 9 4 管道一氧化碳传感器 22 9 4 1 主要特点 22 9 4 2 主要技术指标 22 9 5 系统软件 23 9 5 1 功能特点 23 9 5 2 主要技术指标 23 十 瓦斯抽采监测系统设备及软件配置清单十 瓦斯抽采监测系统设备及软件配置清单 26 附附 图图 目目 录录 序号序号图纸名称图纸名称图号图号备注备注 01瓦斯抽采监控系统结构拓扑图CQCCRI 2011HM S001 02井下瓦斯抽采监测点布置图CQCCRI 2011HM S002 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 3 一 总则一 总则 1 本设计书仅适用于河南煤化集团新河矿 以下简称 新河矿 瓦斯抽放站 监控系统设备订货招标 2 本设计书提出的是最低限度的技术要求 并未对一切技术细节作出详细规 定 也未充分引述有关标准和规范的条文 供货人应陈述本监控系统所引用的全 部有关标准和规范并保证提供符合本技术规格书和相关的国际 国内工业标准及 规程规范的优质产品 3 本设计书未包含内容及其它未尽事宜在设计联络会中解决或双方协商解决 经双方确认后作为本规范书的补充 4 如果设备供方没有以书面形式对本技术条件的条文提出异议 则认为供方 可以提供完全满足技术条件的产品 二 需求分析二 需求分析 2 1 系统需求系统需求 1 重新建立一个监测平台 监测系统传输方式采用 RS485 通信的方式 2 监测井下整个抽放系统管网各支管等抽采运行的情况 并适时的将各个主 要监测点的工况信息汇报到监测中心 3 遵循先进 可靠 实用原则 尽量减少投资 4 上位监控系统软件 网络管理软件等均基于 WEB 浏览器模式开发 支持 远程监测 5 应提供有效的网络管理和系统监控 调试 诊断技术 保证系统维护管理 简明 方便 有效 在设备发生故障时能够方便及时的发现故障 排除故障 2 2 工程建设需求工程建设需求 本工程建设时 监测计算机及数据服务器设置在专用计算机机房内 监测计算 机及数据服务器配置 UPS 后备电源 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 4 井下光纤井筒敷设至井下大巷 然后向南北方向延伸至各个监测分站 井下的 监测分站 包含移动泵站的监测分站 的主通讯传输电缆并接至主通讯电缆上 井 下的监测分站取电方式就近取电的方式 三 设计原则及依据三 设计原则及依据 3 1 设计原则设计原则 在对瓦斯抽放监控系统的设计过程中 我们充分考虑了用户实际应用的需求 使用目前成熟 稳定且先进的技术 来整体规划和设计系统方案结构 系统将遵循 以下原则 1 先进性 系统既要采用先进 成熟的气体流量和瓦斯浓度检测技术 确保设备满足应用 的需求 又要注意结构 设备等的相对成熟度 要求采用的设备 技术不但能反映 业界的先进水平 而且具有一定的前瞻性 在未来若干年内能占主导地位 2 实时性 由于瓦斯抽放对于煤矿安全生产的重要性 因此 在设计上应保证系统对瓦斯 抽放工况监测参数的实时数据处理能力 3 高可靠性 实时监控的不可间断性决定了在系统设计中必须考虑提高设备运行的可靠性 因此 在系统结构 技术措施 设备性能 系统管理 厂商技术支持及维修能力等 方面着手 确保系统运行的可靠性和稳定性 4 灵活性 整个系统必须满足便于安装 便于管理 便于维护 便于使用的要求 5 经济性 在一定的资金资源下 尽量有效地利用 以适当的投入 建立一个尽可能高水 平的 完善的瓦斯抽采监控系统 所有设备的选型配置和采购订货 坚持性能价格 比最优的原则 同时兼顾供货商的资信度和维修服务能力 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 5 3 2 技术标准技术标准 完善的设计方案要有坚实的设计依据和基础 本次瓦斯抽放监控系统的建设重 庆研究院严格遵循以下煤矿行业相关设计规范及标准进行本方案的设计 煤矿安全监控系统通用技术要求 AQ6201 2006 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范 AQ1029 2007 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求 爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求 煤矿安全规程 2010 版 煤矿安全质量标准化标准 煤矿瓦斯抽放规范 AQ1027 2006 KJ30 型瓦斯抽放监控系统产品企业标准 煤矿安全监控系统软件通用技术要求 MT T1008 2006 四 项目概况四 项目概况 4 1 地面瓦斯泵站地面瓦斯泵站 瓦斯泵站一共设有三台瓦斯泵 一路进气管和一路出气管 进出气管路均为 DN500mm 4 2 井下井下中央变电所环网节点中央变电所环网节点 总回风巷有一趟主管 管径为 DN610mm 在 12 回风斜巷有一趟干管 其管 径为 DN610mm 12 中部车场揭煤钻场回风巷有两趟管路 管径为 DN325mm 12091 下顺槽测 点规划有两趟管路 其管径为 DN325mm 在 12091 顶板下抽巷有两趟管路 管径 为 DN325mm 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 6 4 3 12采区变电所采区变电所环网节点环网节点 在 12091 顶板上抽巷 岩巷 有两趟管道 其管径为 DN325mm 在 12091 煤巷上抽巷测点 规划有两趟管道 其管径为 DN325mm 在 12 采区移动泵站有一趟管道 其管径为 DN325mm 在第二工作面顶板下抽巷 岩巷 规划两趟管道 其管径均为 DN325mm 在第二工作面顶板上抽巷 岩巷 规划两趟管道 其管径均为 DN325mm 五 监控内容五 监控内容 为保证瓦斯抽采系统可靠运行 加快煤矿瓦斯抽采利用 促进煤矿安全生产形 势稳定好转 为创建安全 高效 现代化矿井提供技术支撑 为其配套可靠性高 计量精确 控制准确且运行稳定的瓦斯抽采监测系统是必不可少的 根据 第四章 项目概况 中矿井瓦斯抽放系统的总体情况说明及瓦斯抽采监测的理念 应对如下 项目进行监测 5 1 瓦斯抽采监测中心瓦斯抽采监测中心 设备主要安装在专用中心机房 主要配置如下 一台服务器 一台机柜 两 台监测计算机 一台 UPS 电源及一台打印机 安装主控软件一套等设备 各监控终端通过现有网络平台实现 WEB 浏览各监测点的监控数据 报表打印 等 5 2 地面瓦斯泵站地面瓦斯泵站 1 地面瓦斯安设抽放分站一台 2 抽放站进气管端安设 V 形锥流量传感器一台 3 抽放站进气管端安设管道红外瓦斯传感器一台 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 7 4 抽放站进气管端安设管道一氧化碳传感器一台 5 3 井下中央变电所井下中央变电所 1 中央变电所安设井下交换机一台 2 在变电硐室安设分站一台 3 在总回风巷主管安设流量计和管道红外传感器 传感器通信线接入变电硐 室安设的分站 4 在12 回风斜巷干管处安设流量计和管道红外传感器 传感器通信线接入变 电硐室安设的分站 5 12 中部车场揭煤钻场安设分站二台 6 在揭煤钻场回风巷干管安设流量计和管道红外传感器 传感器通信线接入 揭煤钻场安设的 1 分站 7 在 12091 煤巷下抽巷测点处安设流量计和管道红外传感器 传感器通信线 接入揭煤钻场安设的 1 分站 8 在 12 中部车场揭煤钻场处安设流量计和管道红外传感器 传感器通信线接 入揭煤钻场安设的 2 分站 9 在 12091 顶板下抽巷处安设流量计和管道红外传感器 传感器通信线接入 揭煤钻场安设的 2 分站 5 4 12采区变电所采区变电所 1 在 12 采区变电所安设井下交换机一台 2 在第二中部车场安设监控分站 2 台 3 在 12091 顶板上抽巷 岩巷 处安设流量计和管道红外传感器 传感器通 信线接入第二中部车场安设的 1 分站 4 在 12091 煤巷上抽巷测点处安设流量计和管道红外传感器 传感器通信线 接入第二中部车场安设的 1 分站 5 在 12091 煤巷上抽巷末端监测点处安设流量计和管道红外传感器 传感器 通信线接入第二中部车场安设的 2 分站 6 在 12 采区移动泵站安设监控分站 1 台 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 8 7 在 12 采区移动泵站负压侧处安设流量计 管道红外和一氧化碳传感器 传 感器通信线接入 12 采区移动泵站安设的分站 8 在第三中部车场安设监控分站 2 台 9 在第二工作面顶板下抽巷 岩巷 处安设流量计 管道红外传感器 传感 器通信线接入第二工作面顶板下抽巷 岩巷 安设的 1 分站 10 在第二工作面煤巷下抽巷测点处安设流量计 管道红外传感器 传感器通 信线接入第二工作面顶板下抽巷 岩巷 安设的 1 分站 11 在第二工作面煤巷下抽巷末端测点处安设流量计 管道红外传感器 传感 器通信线接入第二工作面顶板下抽巷 岩巷 安设的 2 分站 12 在第四中部车场安设监控分站 2 台 13 在第二工作面顶板上抽巷 岩巷 测点处安设流量计 管道红外传感器 传感器通信线接入第四中部车场安设的 1 分站 14 在第二工作面煤巷上抽巷测点处安设流量计 管道红外传感器 传感器通 信线接入第四中部车场安设的 1 分站 15 在第二工作面煤巷上抽巷末端测点处安设流量计 管道红外传感器 传感 器通信线接入第四中部车场安设的 2 分站 六 系统结构六 系统结构 6 1 系统组成系统组成 本系统全称为 KJ30 瓦斯抽放监控系统 它主要对瓦斯抽采进行监测 针对煤 矿瓦斯抽采及利用中的管道工况参数 环境参数 供气参数等进行实时监测 系统 能够独立运行 也可以接入综合监控系统平台 监测功能由所有传感器分别实现 然后通过监控柜采集整理并上传数据至中心 站 最后通过 Web 站点方式实时发布监测数据 实现远程网络监测的全部功能 6 2 系统结构系统结构 KJ30 瓦斯抽放监控系统采用应用管理 采集 检测三层结构 其中应用管理 层 上位机负责实时采集监测数据 实时显示监测数据 检测数据的管理 统计存 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 9 储 动态显示工艺流程 查询打印 网络通讯等任务 显示控制层 监测分站负责采集现场各传感器数据 检测层 各类传感器负责采集瓦斯抽放系统中的各种参数 系统结构如图 1 所 示 图 6 1 系统结构示意图 七 系统功能七 系统功能 7 1 硬件主要功能硬件主要功能 1 自动监测瓦斯抽放系统管道瓦斯浓度 管道一氧化碳 管道压力 管道温 度 管道工况及标况混合流量等管道参数 2 根据以上管道参数自动计算出管道标况纯流量 3 自动统计管道标况混合流量和管道标况纯流量的年 月 日累计量 4 监控分站具有停电保持功能 备用电池可以工作两小时以上 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 10 7 2 计量监测系统实现的软件主要功能计量监测系统实现的软件主要功能 系统监控主机全面预装 WINDOWS XP 2003 2008 操作系统和最新版的监控软件 操作界面采用全汉字菜单及窗口提示 配有 智能 全拼 双拼 五笔及区位 码等多种汉字输入方法 人机界面友好 全面遵循 WINDOWS 窗口风格 通用 性好 可操作性强 监测图页静态和动态编辑作图对用户开放 支持多种图形格式 鼠标和键盘均 可操作 全面记录各测点参数以及历史信息的查询 能打印每小时 每天 每 月 每年各测点的记录 监控软件能实时统计 分析处理 存储日 旬 月报表 供用户查询打印 屏幕显示为页面式 图形文本兼容 每页显示的信息可由用户自行定义编制 直至屏幕显示满为止 显示页可随意调出 对图中的设备 名称 安置地点 图标定义 实现功能强大的模拟动画显示 系统监控中心站与本地网络终端以局域网方式联网运行 使网上所有终端在使 用权限范围内都能共享监测信息和系统综合分析信息 查询各类数据报表 网 络通信协议支持 TCP IP NETBIOS 软件支持联网运行 中心站连续集中监测 实时采集 处理 存储各测点多工作参数 并可同时处 理 64 台以上的分站监测信息 系统对采集到的数据进行实时分析处理 以数值形式进行存储 并形成相应的 历史统计数据 系统可存储十年以上的历史数据 供有关人员随时查阅和打印 系统具有很强的自检诊断功能 能及时发现系统自身配置设备事故 并在屏幕 上以文本或图形方式直观显示 同时发出报警 并指出故障位置和原因 还能 在屏幕实时出信息窗 供维护人员查询打印 并将其记入运行报告文件 系统具有良好的开发性和扩展性 集成方式灵活 用户可根据实际需要进行扩展 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 11 调整组合 系统组态方式灵活 监控中心站对分站采用主从队列两种扫描方式 操作员按照需 要对各分站安排不同的采样周期 实现对重点分站加以监控 监控软件具有很强的作图能力 并提供有相应的图形库 操作员可在不间断监测的 同时 容易地实现联机并完成图形编辑 绘制和修改 系统软件设有多级口令保护 只有授权人员才能登录操作 有效防止了对系统数据 的损坏和病毒感染 软件运行可靠性高 死机率远远小于 煤矿监控系统中心站 软件开发规范 规定的标准 1 次 800 小时 八 主要设备选型八 主要设备选型 8 1 管道内瓦斯流量测量管道内瓦斯流量测量 8 1 1 流量传感器技术选型 对瓦斯管道内流量的准确测量 是瓦斯抽采监测系统做到计量准确 运行正常 的重要条件之一 目前 国内有的瓦斯管道流量计采用的是涡街流量传感器 但涡街流量传感器 受其检测原理的影响 也存在明显的不足 特别是在大管径 大于 250mm 低 流速 5m s 的情况下 满管式涡街流量传感器产生的漩涡信号非常微弱非常微弱 检测元件 根本无法检测正确的信号 导致涡街流量传感器在此种情况下测量误差非常大 采用插入式涡街传感器同样也不能解决大管径 低流速 测量精度低的测量问 题 与满管式涡街流量传感器相比较 插入式涡街传感器本来就存在测量精度差的 缺点 再说插入式涡街传感器本来检测的就是管道内的 点流速点流速 对于此次计量 精度要求高的测量 此种流量检测方法也不应是优选的 所以在此设计方案中 我 们选择选择 V 锥流量传感器来检测瓦斯管道中的流量 锥流量传感器来检测瓦斯管道中的流量 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 12 8 1 2 V锥流量传感器的技术特点 V锥流量传感器是近年发展起来的一种差压式流量传感器 目前正在其它工业 领域如 石化 热能 供水等广泛地应用 图8 1和8 2分别是V锥流量传感器的平 面与立体结构示意图 图8 1 图8 2 自整流 自清洁 前后直管段要求较短 一般上游只需 3D 下游只需 1D 精度高 差压输出值可实现 0 1 的重复性 压损小 适合低静压 低流速的测量 长期使用稳定可靠 8 1 4 V锥流量传感器与涡街传感器的比较 1 计量精度与重复性比较 计量精度与重复性比较 涡街流量计由于测量原理的限制 仪表系数 脉冲数 升 相对较小 分辨率低 且口径越大仪表系数越低 测量气体时 100mm 涡街流量计的仪表系数在 1 05 左 右 200mm 涡街流量计的仪表系数在 0 1 左右 由于分辨率太低 一般生产涡街 流量计的管径 250mm 气体测量精度能达 1 流速 5 35m s 流量 1 7 范围内 V 锥流量传感器在流速 2 36m s 流量 1 18 范围内测量精度很容易达到 1 涡街流量计管径 250mm 以上时一般都选用插入式 插入头一般为 40mm 气体测量精度一般为 5 左右 主要是以下两点严重影响计量精度 a 插入式涡街流量计属于点流速测量 测量头只能检测到管道的中心流速 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 13 远不能代表管道断面的平均流速 b 由于受涡街检测原理的局限 大于 250mm 以上的 满管式 涡街流量计仪 表系数太小 一般在 0 07 0 01 分辨率低 测量流量时 测量值波动大 V 锥流量传感器具有较高的精度 这是由于产生差压信号的锥形体位于管道的 中心 流体与其分离产生的漩涡对差压信号影响很小 因此其初始元件能达到读数 0 5 的高精度 V 锥流量传感器与涡街流量计不同 无论管径大小 每台都是 满管式 带有计量管段进行出厂标定 精度也不受仪表系数分辨率的限制 保 证了实验室标定结果与现场使用结果的一致 从根本上保证了现场使用精度 2 适应使用现场工况条件能力的比较 适应使用现场工况条件能力的比较 涡街流量计有多种检测方式 现在生产使用的多为应力式 即用压电元件来检 测旋涡产生的应力来记录下旋涡的个数 从而以旋涡的数量计算出流速及流量 从 涡街流量计的测量原理可以看出以下几点现场工况会严重影响涡街流量计的正常工 作 a 涡街流量计的工作原理决定了它对流速要求较高 低流速下 气体 5m s 旋涡生成非常困难 即使有微弱旋涡生成 产生的应力也不足以压过工频噪声 引 起涡街流量计低于下限后乱计量的结果 b 涡街流量计属于对管道流速分布畸变 旋转流和流动脉动等敏感的流量计 旋涡的形成受流速分布畸变及旋转流的影响 故上游侧应配置足够长的直管段 具体长度参照标准孔扳的直管段长度要求安装 一般不少于前 10D 后 5D c 应力式涡街流量计对现场管道机械振动非常敏感 不适于有振动的场所 V 锥流量传感器的 V 型锥体具有独特的 自整流 自清洁自整流 自清洁 功能 流体在节流元 件的作用下 流场将经过 非稳定流非稳定流 稳定流稳定流 恒 常 流恒 常 流 的变化过程 在节流元 件的上游部分达到差压式流量计测量原理所需要的理想前提条件 前后直管段要求 较短 一般上游只需 3D 下游只需 1D 从本质上保证了能广泛适用各种复杂现场 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 14 由于涡街流量计的工作原理决定了每一种管径的表的特征尺寸都是一样的 即 每一台同口径的涡街流量计要求的上下限流速范围是一样的 用户选用表时 只能 靠改造现场使用条件 缩径 增加直管段 去满足涡街流量计的要求 而决非像 V 锥流量传感器是以用户的现场使用条件 多大的管径 流量范围 来设计生产该 仪表 得出的结果就是 选用涡街流量计 必须是使用现场去适应流量计 选用选用涡街流量计 必须是使用现场去适应流量计 选用 V 锥流量传感器 是流量计去适应使用现场 锥流量传感器 是流量计去适应使用现场 3 永久压损比较 永久压损比较 涡街流量计和 V 锥流量传感器之间永久压损的比较 目前国内还没有权威数据 统计 有据可查的数据是 北京化工大学的流量专家 教授孙延祚发表在 2006 年 工业计量 杂志增 1 期上的文章 从节能降耗要求再论推广锥型流量计的必要性 中有国外实验的测试结果 测试过程是在相同管径 80mm 的管道中 让相同的 流体 水 流过 在相同的流量 流速等于 3 765m s 下测量出每一种流量计的永 久压损 其数据如下 流量计类型永久压损值 KPa V 锥流量传感器 4 98 文丘利管 4 98 文丘利喷嘴 4 98 喷嘴 9 961 涡街流量计 13 41 涡轮流量计 14 94 涡街流量计 Foxboro 18 5 孔扳流量计 19 992 科氏力 Miero Motion 29 882 科氏力 Foxboro 34 864 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 15 从以上数据中可以看出 Foxboro 公司和 Miero Motion 公司的科氏力质量流量 计的永久压损最大 V 锥流量传感器 文丘利管和文丘利喷嘴三种流量计的永久压 损最小 而涡街流量计的永久压损比喷嘴流量计还大 这组实流实验的实测数据也 从另一个方面印证了选用涡街流量计 是用户现场去适应流量计 选用 V 锥流量 传感器 是流量计去适应用户现场这一恰当的比喻 4 安装使用及校验方便性比较 安装使用及校验方便性比较 在安装使用方便性方面 由于涡街流量计和 V 锥流量传感器同属法兰连接式 安装过程基本相同 在对在用的流量传感器校验时 V 锥流量传感器只需将差压元 件取下校验即可 非常方便 而 满管式 涡街流量传感器 则需要将整体取下 才能完成校验工作 工作量大很多 5 长期使用稳定性 可靠性比较 长期使用稳定性 可靠性比较 涡街流量计尚属发展中的流量计 无论其理论基础或实践经验尚较差 至今最 基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论 而此理论及其一些定量关系是卡曼在气体 风洞 均匀流场 中实验得出的 它与封闭管道中具有三维不均匀流场其旋涡分离 的规律是不一样的 一般流量计出厂校验是在实验室参考条件下进行的 在现场偏 离这些条件不可避免 在实用中经常会出现一些预料不到的问题 比如低于下限流 速后反而计量出高流速的流量 无流量时常常会计量出流量等等 这就是用户对涡 街流量计存在一些疑虑的原因 它亟需探索解决 V锥流量传感器是集差压类流量计百年沉淀之精华的结晶 它的节流缘是钝角 流动时形成边界层 使流体离开了节流缘 边界层效应使肮脏流体不能磨损节流缘 其 值长期不变 因此无需重复标定 具有长期的稳定性 是一种接近理想状态的 节流装置 综上所述 V锥流量传感器相比涡街流量传感器具有精度高 寿命长 直管段精度高 寿命长 直管段 要求低 量程比宽 信号稳定 压损小等优点要求低 量程比宽 信号稳定 压损小等优点 涡街流量传感器存在下限流速高下限流速高 测量气体时下下限流速为 测量气体时下下限流速为5m s 直管段要求高 易受电磁干扰 易受管道振动 直管段要求高 易受电磁干扰 易受管道振动 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 16 影响等缺点影响等缺点 V锥流量传感器特别适合于以下场所 脏污介质 直管段不足的场所 脏污介质 直管段不足的场所 对精度要求高的场所对精度要求高的场所 当然 作为差压流量传感器的一种 由于成本关系不能完全取代孔板 文丘里 的位置 但对于瓦斯抽采计量等计量精度要求较高的应用场所 采用V锥流量传感 是一个较理想的选择 8 2 管道瓦斯浓度测量管道瓦斯浓度测量 8 2 1 管道瓦斯检测原理的选择 对瓦斯管道内瓦斯浓度准确的测量 是瓦斯抽采监测系统做到计量准确 运行 正常的另一个重要条件 目前 国内外用于煤矿井下瓦斯气体检测有载体催化 热导 光干涉 红外等 几种原理 能用于高浓度瓦斯检测的只有热导和红外热导和红外两种原理 当前 我国煤矿瓦斯抽放监测及利用系统中用于瓦斯浓度检测的高浓度甲烷传 感器几乎都是采用热导原理 用热导原理检测瓦斯 只是在 8 40 CH4 时测 量误差较小 使用中受环境温度影响大 不易补偿 特别是在检测管道瓦斯时 当 瓦斯流速较高时 大于 25m s 会影响热导敏感元件的温度场 对利用热导率差异 检测瓦斯浓度的热导敏感元件 这种影响将是灾难性的 导致传感器的测量误差非 常大 近年来 在 非色散红外检测非色散红外检测 NDIR 技术发明后 国外红外气体检测技 术在工业安全领域得到了飞速的应用和发展 非色散红外检测 NDIR 技术 是目前一种比较先进的气体分析技术 具有快速快速 准确准确 稳定性好稳定性好的特点 基于此 技术的甲烷检测传感器具有检测精度高 响应时间快 检测范围广 性能稳定 不 受检测环境中其它气体的干扰 无有害气体中毒现象 寿命长等特点 越来越受到 煤矿及其它工业安全领域的青睐 并有取代载体催化 热导等瓦斯检测原理的趋势 成为煤矿瓦斯检测技术的主流 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 17 所以在此设计方案中 我们选择依据选择依据 非色散红外检测非色散红外检测 NDIR 技术的管 技术的管 道红外瓦斯传感器来检测瓦斯管道中的瓦斯浓度 道红外瓦斯传感器来检测瓦斯管道中的瓦斯浓度 8 2 2 红外甲烷敏感元件的特点及选型 在红外气体检测技术领域 欧洲对红外气体检测技术研究时间较长 特别是英 国 其技术水平也是最高的 所生产的采用 NDIR 技术的甲烷敏感元件具有 a 测量范围宽 可以测量 0 100 CH4 b 稳定性好 1 年以上 c 测量误差小 10 CH4 100 CH4范围不超过 7 d 使用寿命长 5 年 e 响应时间快 1 年 完备的汽水分离装置 不会因管道内含水含尘而影响检测精度 图 9 3 红外传感器配套使用 图 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 22 特殊的气路设计 适用于正压及负压管道甲烷浓度检测 采用红外遥控设置传感器参数及标定 使用简单方便 温度补偿精确 精度不会因温度变化而漂移 抗干扰能力强 检测精度不受水蒸汽 H2S H2 SO2等等杂质气体影响 提供频率 电流 RS 485 CAN 等数据输出接口 与多种接口兼容 9 3 2 主要技术参数 测量范围 0 100 CH4 测量精度 0 1 00 范围 0 08 1 00 100 0 范围 真值的 7 元件检测反应速度 15s 调校周期 1 年 抗干扰性 不受其它背景气影响 信号带负载能力 0 500 采样方式 红外 限制扩散式 使用寿命 5 年以上 9 4 管道一氧化碳传感器管道一氧化碳传感器 9 4 1 主要特点 采用了新型的单片微机和高集成的数字化电路 整机电路结构简单 性能 可靠 便于维护 调试 具有就地显示及信号输出双重功能 采用了新型的开关电源 降低了整机功耗 提高了信号的带负载能力 增 加了信号的传输距离 增加了故障自检功能 便于使用 维护 外壳结构采用了高强度的不锈钢材料 增强了传感器的抗冲击能力 河南煤化集团新河矿瓦斯抽放监测系统初步设计 中煤科工集团重庆研究院 23 9 4 2 主要技术指标 工作电压 12 24 VDC 工作电流 80 mA DC 测量范围 0 500 10 6 基本误差 0 50 ppm 基本误差 4ppm 50 200 ppm 基本误差 4 3 测量值 200 500 ppm 基本误差 4 5 测量值 输出信号 200 Hz 1000 Hz 频率信号 响应时间小于 30 秒 9 5 系统软件系统软件 采用工业以太网 现场 CAN 总线多主传输网作为系统的主要数据通信平台 使这种系统在反应速度 可靠性 传输距离 系统节点容量 集成能力 兼容性及 开发性方面与现有系统相比有质的飞跃 主要由煤矿地面检监控中心站 防爆工业 以太网交换机 井下宽带传输分站 嵌入式视频服务 网络信号放大器 传输光缆 及双绞线等组成 9 5 1 功能特点 系统传输平台采用采用工业以太网 现场 CAN 总线多主传输 通讯速率高 传输距离远 抗干扰和雷击能力强 采用先进的多主并发通讯模式 系统检测速度快 实时性强 彻底突破了低速总线下的技术瓶颈 系统节点容量大大增加 能进行语音 数据 图像的综合传输 快速进行压缩及解压缩处理 系统支持冗余环网工作模式 故障自愈时间短 通信可靠 9 5 2 主要技术指标